生物自然复合材料的结构特征及仿生复合材料的研究

经过若干世纪的选择进化 ,生物自然复合材料昆虫外甲壳的细观结构高度优化 ,使其具有种种优良的性质。本文研究了昆虫外甲壳的细观结构特征 ,这些结构特征为人工合成复合材料提供了一些有益的启示。按在昆虫外甲壳中发现的双螺旋铺层结构和纤维绕孔铺层结构 ,用玻璃纤维和环氧树脂制备了仿生铺层复合材料 ,比较实验表明 ,仿生铺层复合材料比常规铺层复合材料有更高的强度和断裂韧性。

仿生结构复合材料研究现状

综述了贝壳珍珠层、蛛丝结构、竹材外密内疏结构、植物的根部网状结构以及骨骼哑铃型结构等天然生物材料的结构特征及其相应的仿生材料近年来的研究进展,展望了结构仿生材料的应用前景。认为应对现有生物体的结构特征与其性能的相关性进行进一步的研究,从材料科学角度研究它们的规律,进行仿生设计,以推动仿生材料学的发展。

金龟子外甲壳的纤维增强特征和树枝状分叉纤维结构

在扫描电镜下观测了昆虫金龟子外甲壳的微结构特征,发现金龟子外甲壳是一种以几丁质纤维增强角质化蛋白质为基体的层状复合材料,其增强纤维的铺层平行于外甲壳的表面,具有包括螺旋铺层和分叉纤维在内的多种微结构特征,通过与人工合成复合材料的比较,分析了这些结构特征的强韧机理,测量并研究了金龟子外甲壳中的树枝状分叉纤维结构及其拔出力.结果表明,树枝状分叉纤维结构比普通直纤维结构具有更大的拔出力.

金龟子外甲壳的螺旋纤维管道微结构

通过扫描电镜观察了金龟子甲壳内部的微观结构,发现其基本材料是一种几丁质纤维增强角质化蛋白质的复合材料,其纤维铺层平行于甲壳的表面,在甲壳中存在刺状纤维及螺旋纤维管道等独特微结构.通过模型分析了螺旋纤维管道的最大拔出力,结果表明螺旋纤维管道微结构对保持功能元件的强韧性有重要作用.